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脳の神経細胞は同じ細胞種であってもその活動には100倍以上ものばらつきがあるが、活動度の高い「アクティブ細胞」はごくわずかであり、大多数の細胞は活動度の低い「サイレント細胞」である。このサイレント細胞もつ生理学的な意義についてはほとんど分かっていない。
そこでまず、サイレント細胞とアクティブ細胞の活動がどのように制御されているのかを自由に行動しているラットから電気生理学的に記録した。さらに、活動度の高い細胞と低い細胞の変化を偏りなく評価するため、新たにDeflection Index (DI)という統計指標を開発した。
このDIを用いた解析により、海馬および大脳皮質のいずれにおいても、アクティブ細胞とサイレント細胞で睡眠にともなう活動制御に違いが見られることが明らかとなった。具体的には、海馬ではレム睡眠の間に神経発火は抑制され、その抑制は活動の低い細胞でより顕著にみられることが明らかとなった。一方、大脳ではレム睡眠の間に神経発火の亢進がみられ、発火活動の高い細胞でより強く亢進されることが判明した。このように、いずれの脳領域においても、レム睡眠を通して細胞間の活動度がより大きくばらつくようになった。一方、ノンレム睡眠のあいだには、ばらつきが小さくなる変化が見られた。
睡眠中の神経活動は記憶機能に関わることが指摘されている。今回得られた結果を踏まえ、アクティブ細胞とサイレント細胞の活動を睡眠中に個別に操作することで、それぞれが神経系における情報処理に果たす役割を今後明らかにしてゆきたい。
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